TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE KOMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Podobne dokumenty
NIEKTÓRE ASPEKTY ZASILANIA PALIWAMI ALKOHOLOWYMI SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

Dual fuelling SI engine by mixing alcohol and gasoline. Dwupaliwowe zasilanie silnika o zapłonie iskrowym z udziałem mieszalnika alkoholu i benzyny

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA ROLNICZEGO MIESZANINĄ OLEJU NAPĘDOWEGO Z BIOBUTANOLEM NA JEGO EFEKTYWNE WSKAŹNIKI PRACY

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

INFLUENCE OF POWERING 1104C PERKINS WITH MIXTURE OF DIESEL WITH THE ADDITION OF THE ETHANOL TO HIS SIGNS OF THE WORK

Biogas buses of Scania

Dwupaliwowy silnik o zapłonie samoczynnym zasilany wtryskowo paliwem LPG w fazie ciekłej

WYBRANE PARAMETRY PROCESU SPALANIA MIESZANIN OLEJU NAPĘDOWEGO Z ETEREM ETYLO-TERT-BUTYLOWYM W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

GAZOWE UKŁADY ZASILANIA DO SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

Wpływ dodatku metanolu i etanolu do benzyny na stężenia szkodliwych składników spalin w silniku o zapłonie iskrowym

Wykorzystanie alkoholi do zasilania silników spalinowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW MINERALNYCH I ROŚLINNYCH NA PRĘDKOŚĆ NARASTANIA CIŚNIENIA W PRZEWODZIE WTRYSKOWYM I EMISJĘ AKUSTYCZNĄ WTRYSKIWACZA

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

OCENA PORÓWNAWCZA ZUśYCIA PALIWA SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO BIOPALIWEM RZEPAKOWYM I OLEJEM NAPĘDOWYM

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

PTNSS-2010-SS The possibilities of improvement of spark ignition engine efficiency through dual fueling of methanol and gasoline

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

The criteria of fuelling the dual-fuel SI engine with gasoline and methanol

WPŁYW ZASTOSOWANIA DODATKU ETANOLU DO MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTREM FAME NA EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA PERKINS-1104C-44

EKOLOGIA I OCHRONA ŚRODOWISKA W TRANSPORCIE LABORATORIUM Ćwiczenie 5. Temat: Ocena skuteczności działania katalitycznego układu oczyszczania spalin.

MoŜliwości wykorzystania dwupaliwowego silnika ZS zasilanego głównie gazem ziemnym CNG w transporcie kołowym

Wybrane wyniki badań dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym o różnych wartościach stopnia sprężania

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

POSSIBLE IMROVEMENT OF THE MAIN OPERATIONAL PARAMETERS OF SI ENGINES FUELLED WITH INJECTED LIQUID BUTAN

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

OCENA ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA 359. Janusz Mysłowski

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Wpływ dodatku gazu ziemnego na zadymienie spalin samochodowego silnika ZS

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem alkoholu na efektywność pracy silników spalinowych. Wstęp

WYDZIAŁ MECHANICZNY POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ KATEDRA SILNIKÓW SPALINOWYCH I SPRĘśAREK

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

Wpływ zmiany kąta wyprzedzenia wtrysku na parametry pracy silnika turbodoładowanego z komorą wirową spalania zasilanego paliwem rzepakowym

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Preliminary tests on dual fuel spark ignition engine fuelled with methanol and gasoline

BADANIA WPŁYWU ZMIANY KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU I STOPNIA RECYRKULACJI SPALIN NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN I ZUśYCIE PALIWA SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

KATALIZATOR DO PALIW

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Analiza wpływu rodzaju instalacji gazowej LPG stosowanych do zasilania silników ZI na emisję substancji szkodliwych

ANDRZEJ RÓŻYCKI 1, TOMASZ SKRZEK 2. Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu. Streszczenie

PRÓBA POPRAWY WSKAŹNIKÓW EKONOMICZNYCH SILNIKA TURBODOŁADOWANEGO

Wpływ rodzaju układu zasilania silnika o ZI na wskaźniki ekologiczne

Investigations of the fuel supply system of stationary combustion engine fed with natural gas

Ocena emisji składników spalin silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaninami oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen and mixed n-butanol with iso-butanol

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WYBRANE ASPEKTY ANALIZY SKŁADU SPALIN AUTOBUSÓW ZASILANYCH CNG

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

SYSTEM EGR A ZMNIEJSZENIE EMISJI SUBSTANCJI SZKODLIWYCH EGR SYSTEM AND THE PROBLEM OF REDUCING POLLUTANT EMISSION

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

DŁUGODYSTANSOWY. Ekonomiczne rozwiązanie dla pokonujących długie trasy. Sterownik LPG/CNG do silników Diesel.

WPŁYW PODZIAŁU DAWKI PALIWA NA WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA SPALINOWEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

SAMOCZYNNYM ZASILANYM PALIWEM BIOETANOLOWYM

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

MODEL SAMOCHODOWEGO SILNIKA ZASILANEGO WODOREM

Analiza drgań skrętnych wału śmigłowego silnika lotniczego PZL-200 podczas pracy z zapłonem awaryjnym

Analiza spalin silników o zapłonie iskrowym (2)

HCCI jako alternatywny system spalania w silnikach tłokowych

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia drugiego stopnia specjalność Samochody i Ciągniki

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW

TERMOCHEMIA SPALANIA

IDENTIFICATION OF NUMERICAL MODEL AND COMPUTER PROGRAM OF SI ENGINE WITH EGR

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

PTNSS Wstęp. 2. Zakres modyfikacji silnika. Jerzy KAPARUK Sławomir LUFT

JEDNOPALIWOWY UKŁAD ZASILANIA GAZEM ZIEMNYM SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM

Dual fuelling SI engine with alcohol and gasoline

Silnikowe Warsztaty Doktoranckie 2012

Transkrypt:

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE KOMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT Zdzisław STELMASIAK 1 silnik dwupaliwowy, alkohol, sprawność ogólna, toksyczność MOśLIWOŚCI DWUPALIWOWEGO ZASILANIA BENZYNĄ I ALKOHOLEM SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM W artykule przedstawiono wyniki badań dwupaliwowego silnika o zapłonie iskrowym z wielopunktowym wtryskiem alkoholu i benzyny w okolice zaworu dolotowego. Zasilanie silnika realizowano przez prototypowy układ dolotowy posiadający podwójne wtryskiwacze sterowane elektronicznie. Zastosowany system umoŝliwia zasilanie silnika samą benzyną lub alkoholem oraz spalanie równoczesne mieszaniny obydwu paliw o dowolnym udziale alkoholu. Badania wykonano na 4-cylindrowym silniku o zapłonie iskrowym Fiat 10 MPI. W artykule przedstawiono porównawcze wyniki badań parametrów silnika zasilanego dwupaliwowo o zmiennym udziale alkoholu metylowego. Badania pokazały korzystny wpływ dodatku alkoholu na sprawność silnika i toksyczność spalin, szczególnie dla większych udziałów alkoholu i obciąŝeń silnika. THE POSSIBILITY OF DUAL FUELLING SI ENGINES WITH GASOLINE AND ALCOHOL The paper presents test results of an engine run on gasoline and methyl alcohol. Initial tests were performed on Fiat 10 MPI, four cylinder, spark ignited engine. Injection of the alcohol took place in area near inlet valve, via additional injectors assembled in suction manifold. Developed system enabled engine operation which, is run on gasoline or alcohol (methyl or ethyl one) and simultaneous combustion of a mixture of the both fuels with any mass fraction of the alcohol. Performed tests have shown advantageous effect of methyl alcohol on efficiency and concentration of nitrogen oxides and hydrocarbons in exhaust gases. 1. WSTĘP Alkohole etylowy i metylowy są stosowane w silnikach tłokowych o zapłonie iskrowym od kilkudziesięciu lat. Początkowo wykorzystywano je jako domieszki do paliw węglowodorowych ze względu na wysoką odporność przeciwstukową i wysokie ciepło parowania [1-6]. Dzięki tym własnościom moŝliwe było podnoszenie stopnia spręŝania i osiągów silnika, co miało istotne znaczenie w wysilonych silnikach, szczególnie sportowych. Ponowne zainteresowanie alkoholami obserwowane jest od lat 1 Akademia Techniczno Humanistyczna w Bielsku-Białej, Wydział Budowy Maszyn i Informatyki, Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów, 43-9 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, tel. +48 33 82-79-216

3198 Zdzisław STELMASIAK siedemdziesiątych ubiegłego wieku, co było spowodowane stopniowym ograniczaniem związków ołowiu w benzynach, kryzysem paliwowym oraz racjonalizacją zuŝywania zasobów ropy naftowej. Podstawowym problem dodatku alkoholi do benzyn jest zjawisko rozwarstwiania się mieszanin w niskich temperaturach w obecności wody. Z tego powodu stosowano mieszaniny trójskładnikowe benzyna-alkohol-benzol lub benzyna-alkohol-eter. Mimo dodatku stabilizatorów zawartość alkoholu w mieszaninach, w europejskich warunkach klimatycznych, nie przekraczała 8 12%. Znacznie korzystniejsze jest stosowanie alkoholu jako paliwa samoistnego, bowiem pozwala ono w pełni wykorzystać duŝą odporność przeciwstukową alkoholu umoŝliwiającą zwiększenie stopnia spręŝania i wzrost sprawności ogólnej oraz mocy jednostkowej silnika [2, 3, 7, 11]. Kierunek ten jest szczególnie rozwinięty w Brazylii gdzie eksploatuje się około 2 mln samochodów zasilanych alkoholem etylowym pozyskiwanym z manioku i trzciny cukrowej [12]. Porównanie względnych parametrów benzyny i alkoholi przedstawiono na rys. 1. Wynika z niego, Ŝe zastosowanie alkoholi, etylowego i metylowego powinno powodować ponad 5-cio procentowy wzrost osiągów silnika standardowego, co wynika z większej wartości opałowej mieszaniny stechiometrycznej. Dodatkowy wzrost parametrów moŝe być osiągany przez szybszy proces spalania mieszanin alkoholowych oraz zmniejszenie strat pompowania ze względu na obniŝenie temperatury zasysanego ładunku. Dalszy wzrost parametrów moŝna równieŝ osiągnąć przez zwiększenie stopnia spręŝania co jednak wymaga modyfikacji konstrukcyjnej silnika uniemoŝliwiającej pracę na samej benzynie. Wartość względna parametru 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 benzyna 1,21 1,17 etanol 1,05 1,05 metanol 1 1 1 1 1 0,69 0,61 0,50 0,44 0,95 0,95 0 wartość opałowa wartość opałowa mieszaniny stechiometrycznej LO CO2[kgCO2/kg] CO2[kgCO2/MJ] Rys.1. Porównanie względnych parametrów benzyny, etanolu i metanolu Powszechne stosowanie wielopunktowego wtrysku paliw lekkich stwarza nowe moŝliwości w zakresie wielkości dodatku alkoholi do benzyn. W rozwiązaniu opisywanym w niniejszej pracy zastosowano dodatkowe wtryskiwacze na kaŝdym cylindrze, przy czym oryginalne wtryskiwacze przeznaczono do wtrysku alkoholu natomiast dodatkowe do wtrysku benzyny. System ten umoŝliwia równoczesne zasilanie silnika benzyną i alkoholem, a udział alkoholu moŝe zmieniać się w granicach 0 0% zaleŝnie od

MOśLIWOŚCI DWUPALIWOWEGO ZASILANIA 3199 obciąŝenia i prędkości obrotowej silnika [7-9]. ZałoŜeniem przeprowadzonych prac badawczych było zasilanie silnika przy małych obciąŝeniach samą benzyną lub mieszaniną z niewielkim dodatkiem alkoholu. Udział alkoholu zwiększał się w miarę wzrostu obciąŝenia silnika. Właściwy skład spalanej mieszaniny palnej sterowany był czasem otwarcia wtryskiwaczy benzynowego i alkoholowego. Końcowym etapem prac będzie zwiększenie stopnia spręŝania do wartości ograniczonych spalaniem stukowym przy zasilaniu samym alkoholem. Pozwoli to na zwiększenie sprawności silnika przy częściowych obciąŝeniach, kiedy silnik będzie zasilany w głównej mierze benzyną. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe ten kierunek zasilania jest obecnie badany przez firmy Volvo i Ford, o czym świadczą doniesienia literaturowe [13]. 2. OPIS PROTOTYPOWEGO SYSTEMU ZASILANIA SILNIKA Istotą proponowanego systemu zasilania jest zastosowanie podwójnych wtryskiwaczy na kaŝdym cylindrze, do wtrysku alkoholu i benzyny. Schemat prototypowego kolektora dolotowego przedstawiono na rys. 2. Dodatkowe wtryskiwacze umieszczono w przedniej części kolektora rys. 3. Wymagało to przeróbki kolektora umoŝliwiającej montaŝ wtryskiwaczy oraz wykonania nowej szyny paliwowej dla wtryskiwaczy dodatkowych. Do montaŝu wtryskiwaczy zastosowano tulejki stalowe wklejone do kolektora na kleju epoksydowym. Konieczność wykonania prototypowej szyny paliwowej wynikała z innego rozstawu wtryskiwaczy wynoszącego 37 mm. Alkohol wtryskiwany był przez oryginalny wtryskiwacz standardowego silnika, benzyna przez wtryskiwacz dodatkowy. Dokładniejsze opisy silnika i stanowiska badawczego przedstawiono w pracach [7, 8]. Rys. 2. Schemat prototypowego kolektora dolotowego silnika Fiat 10 Rys. 3. Oryginalny kolektor dolotowy silnika Fiat 10: 1 - miejsce usytuowania dodatkowych wtryskiwaczy Badania przeprowadzono na 4-cylindrowym silniku o zapłonie iskrowym z wielopunktowym wtryskiem paliwa typ Fiat 10 MPI. Dane techniczne silnika zamieszczono w tabeli 1 a widok stanowiska na rys. 4.

30 Zdzisław STELMASIAK Tabela 1. Dane techniczne silnika Fiat 10 MPI Typ silnika Fiat 10 MPI Średnica cylindra x skok 70 x 72 mm Pojemność skokowa 18 cm 3 Stopień spręŝania 9,6 Moc znamionowa/prędkość obrotowa kw/5000 obr/min Moment obrotowy/prędkość obrotowa 88 Nm/00 obr/min Fig. 4. Widok stanowiska badawczego: 1 prototypowa szyna paliwowa, 2 wtryskiwacz dodatkowy, 3 oryginalna szyna paliwowa 3. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Problem dwupaliwowości silnika moŝe być rozwaŝany z dwóch punktów widzenia: zasilanie tylko benzyną lub alkoholem, równoczesne zasilanie mieszaniną benzyny i alkoholu. W pierwszym przypadku stopień spręŝania powinien pozostać taki jak w silniku fabrycznym. W drugim przypadku przy niewielkich obciąŝeniach silnik powinien być zasilany samą benzyną, a w miarę wzrostu obciąŝenia dodawany alkohol. Udział alkoholu moŝe się zwiększać aŝ do 0% przy obciąŝeniach maksymalnych. W tym przypadku moŝna zwiększyć stopień spręŝania silnika o 1,5 2,0 jednostki. Z wymienionych wyŝej powodów, badania porównawcze wykonano przy zasilaniu silnika tylko benzyną lub alkoholem i wtrysku paliw przez oryginalny wtryskiwacz oraz przy zasilaniu dwupaliwowym o zmiennym udziale alkoholu metylowego. Udział alkoholu metylowego liczony energetycznie wynosił,, 60, 80 i 0%. Kąt wyprzedzenia wtrysku był identyczny jak przy zasilaniu benzyną. Przy zasilaniu dwupaliwowym benzyna była wtryskiwana przez wtryskiwacz dodatkowy a alkohol przez wtryskiwacz fabryczny. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe przy małych udziałach alkoholu, duŝa ilość benzyny wtryskiwana jest przez dodatkowy wtryskiwacz oddalony od zaworu dolotowego co pogarsza warunki tworzenia mieszaniny benzyna-powietrze i moŝe mieć wpływ na parametry silnika. Porównanie wartości parametrów silnika dwupaliwowego odnoszono do wartości uzyskanych przy zasilaniu samą benzyną, wtryskiwaną przez oryginalny wtryskiwacz standardowego silnika. Warto podkreślić, Ŝe przy zasilaniu samym metanolem silnik rozwijał większy moment obrotowy o około 5% w stosunku do zasilania benzyną. Wynik ten uzyskano bez

MOśLIWOŚCI DWUPALIWOWEGO ZASILANIA 31 optymalizacji kąta wyprzedzenia zapłonu, a więc moŝna zakładać, Ŝe osiągi silnika przy tym zasilaniu i optymalizacji regulacji mogą być jeszcze wyŝsze. W analizie przedstawionej w niniejszej pracy ograniczono się jedynie do punktów pracy dla tych samych obciąŝeń silnika. Przy tym załoŝeniu punkty pracy silnika o większym momencie obrotowym w stosunku do zasilania benzyną zostały pominięte. Porównanie sprawności ogólnej silnika przedstawione na rys. 5 wskazuje, Ŝe silnik zasilany metanolem pracuje z większą sprawnością w całym zakresie zmian obciąŝenia i prędkości obrotowej. Równocześnie róŝnice w sprawnościach powiększają się wraz ze wzrostem obciąŝenia i w zakresie średnich i maksymalnych obciąŝeń róŝnice bezwzględne wynoszą 3 5%, co daje wzrost względny sprawności, decydujący o eksploatacyjnych zuŝyciach energii, w zakresie 16%. n = 00 obr/min n = 00 obr/min ηo [%] ηo [%] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 pe [MPa] pe [MPa] Rys.5. Porównanie sprawności silnika Fiat 10MPI przy zasilaniu benzyną i metanolem Zastosowanie metanolu korzystnie wpływa na stęŝenia węglowodorów i tlenków azotu w spalinach rys. 6. W całym zakresie zmian obciąŝenia obserwowano prawie 2 3 krotne zmniejszenie stęŝenia węglowodorów w stosunku do zasilania benzyną. Tak istotne zmiany mogą być tłumaczone odmiennym składem chemicznym metanolu CH 3 OH w stosunku do mieszaniny róŝnych węglowodorów o złoŝonych składach chemicznych wchodzących w skład benzyny. Czas utleniania węglowodoru wzrasta w miarę zwiększania ilości atomów węgla i wodoru, co w szybkoobrotowych silnikach ZI wpływa na stęŝenia węglowodorów w spalinach. Nie bez znaczenia jest równieŝ fakt, Ŝe w cząsteczce metanolu zawarty jest tlen, który uwalniany w procesie spalania przyspiesza utlenianie atomów węgla i wodoru. Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym szybkiemu utlenianiu metanolu są wyŝsze temperatury w czasie spalania w stosunku do występujących przy zasilaniu benzyną.

32 Zdzisław STELMASIAK TCH [ppm] 00 800 600 0 0 n = 00 rpm 00 00 00 00 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 pe [MPa] pe [MPa] Rys. 6. Porównanie stęŝenia węglowodorów TCH i tlenków azotu NOx w spalinach silnika Fiat 10MPI zasilanego benzyną i metanolem NOx [ppm] n = 00 rpm Z ekologicznego punktu widzenia szczególnie istotne jest zmniejszenie stęŝenia NOx w spalinach występujące w całym zakresie zmian obciąŝenia rys. 6. RóŜnice w stęŝeniach NOx powiększają się w miarę wzrostu obciąŝenia silnika i w zakresie średnich i maksymalnych obciąŝeń wynoszą 60%. Fakt zmniejszenia emisji NOx przy zasilaniu metanolem sygnalizowany był równieŝ we wcześniejszych doniesieniach literaturowych [1, 2, 3], natomiast analiza uzyskanych wyników badań wskazuje na znaczne rozmiary tego zjawiska. Z uwagi na duŝe trudności w redukcji tlenków azotu w katalizatorach, opisywana korzystna cecha spalania metanolu wymaga szczególnego podkreślenia. Wydaje się, Ŝe wyjaśnienie przyczyn obniŝenia ilości NOx tworzonych w procesie spalania metanolu nie jest łatwe i wymaga dodatkowych szczegółowych analiz. Wprawdzie czas spalania mieszaniny metanol-powietrze jest krótszy, ale równocześnie średnie temperatury czynnika podczas spalania są większe. Wpływ czasu na ilości tworzonego NO, głównego składnika tlenków azotu w spalinach silnika ZI, jest liniowy, natomiast wpływ temperatury ma charakter wykładniczy. Wzrost temperatury powinien zatem istotniej wpływać na ilości tworzonego NO niŝ zmniejszenie czasu i w konsekwencji prowadzić do wzrostu stęŝenia NOx w spalinach. Wydaje się jednak, Ŝe w tym przypadku istotną rolę moŝe odgrywać znacząca ilość tlenu zawarta w cząsteczkach metanolu, która głównie bierze udział w utlenianiu paliwa. Przy tych samych współczynnikach nadmiaru powietrza dla metanolu i benzyny, ilość tlenu dostarczana wraz z zasysanym powietrzem jest mniejsza przy zasilaniu metanolem i to moŝe wpływać na zmniejszenie ilości tworzonego NOx. Zmiany przebiegu spalania przy zasilaniu silnika alkoholem wpływają na zmiany przebiegu ciśnienia w cylindrze co pokazano na rys. 7. Mieszanina alkohol-powietrze spala się szybciej niŝ benzyna, a maksymalne ciśnienia cylindra są osiągane wcześniej. Szczególnie widoczne jest to przy częściowych obciąŝeniach silnika. Zjawisko to jest jednym z powodów wzrostu sprawności ogólnej silnika.

MOśLIWOŚCI DWUPALIWOWEGO ZASILANIA 33 Ciśnienie cylindra p [MPa] 50 n = 3500 obr/min Mo = 92 Nm Ciśnienie cylindra p [MPa] n = 3500 obr/min Mo = 50 Nm 0 0 - - 0 60 - - 0 60 Kąt obrotu wału α [ o CA] Kąt obrotu wału α [ o OWK] Rys. 7. Porównanie przebiegu ciśnienia w cylindrze w czasie spalania w silniku Fiat 10 MPI zasilanym benzyną i alkoholem Porównanie sprawności ogólnej silnika w funkcji obciąŝenia silnika dla róŝnych udziałów metanolu przedstawiono na rys. 8. Dodatek metanolu powoduje zwiększenie sprawności ogólnej silnika w miarę powiększania udziału metanolu i obciąŝenia silnika. Dla większych udziałów metanolu sprawności były większe od występujących przy zasilaniu benzyną. Szczególnie duŝe róŝnice występują przy zasilaniu samym metanolem (udział 0%). Dla niewielkiego dodatku metanolu (udział %) przy małych obciąŝeniach sprawność przy zasilaniu dwupaliwowym była mniejsza niŝ przy zasilaniu tradycyjnym. Nie podwaŝa to jednak korzystnego wpływu dodatku metanolu na sprawność, bowiem wpływ na wyniki miał prawdopodobnie fakt, Ŝe przy zasilaniu dwupaliwowym benzyna była wtryskiwana przez dodatkowy wtryskiwacz oddalony od zaworu dolotowego. Miało to wpływ na warunki tworzenia mieszaniny benzyna-powietrze i przy przewadze udziału benzyny oraz małych obciąŝeniach silnika decydowało o uzyskiwanej sprawności. W omawianych warunkach pracy silnika, korzystny wpływ metanolu, proporcjonalny do jego udziału w ładunku, nie kompensował straty sprawności powodowanej pogorszeniem warunków odparowania i mieszania benzyny z powietrzem. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe juŝ wcześniejsze badania wstępne wykonane po zamontowaniu prototypowego kolektora wykazały niekorzystny wpływ zmiany połoŝenia punktu wtrysku benzyny na sprawność silnika. Wydaje się, Ŝe korzystniejsze wyniki moŝna byłoby uzyskać przy zastosowaniu mieszalnika wstępnego alkoholu i benzyny i wtrysku przygotowanej wcześniej mieszaniny przez oryginalny wtryskiwacz. Zagadnieniom tym będą poświęcone planowane w przyszłości badania.

34 Zdzisław STELMASIAK Sprawność ogólna ηo [%] 00 obr/min Udział metanolu % % 60% 80% 0% benz 0 60 80 Moment obrotowy Mo [Nm] Sprawność ogólna ηo [%] 00 obr/min 0 60 80 0 Moment obrotowy Mo [Nm] Rys. 8. Porównanie sprawności ogólnej silnika Fiat 10 MPI zasilanego samą benzyną i dwupaliwowo przy róŝnych udziałach metanolu Dodatek metanolu wpływa równieŝ korzystnie na ekologiczne własności silnika powodując zmniejszenie stęŝenia węglowodorów i tlenków azotu w spalinach co pokazano na rys. 9. StęŜenie węglowodorów w zakresie średnich i maksymalnych obciąŝeń silnika maleje wraz ze wzrostem udziału metanolu w mieszaninie. W zakresie małych obciąŝeń silnika i dodatku metanolu mniejszym od % stęŝenia węglowodorów mogą być jednak większe co prawdopodobnie związane jest z pogorszeniem warunków tworzenia homogenicznej mieszaniny benzyna-powietrze sygnalizowanym wcześniej. 1600 2500 obr/min 5000 00 0% benzyna TCH [ppm] 800 0% benzyna NOx [ppm] 00 00 0 0 0% metanol 0 60 80 0 Moment obrotowy Mo [Nm] 00 0 4500 obr/min 0 60 80 0 Moment obrotowy Mo [Nm] Rys. 9. Porównanie stęŝenia węglowodorów TCH i tlenków azotu NOx silnika Fiat 10 MPI zasilanego benzyną i dwupaliwowo przy róŝnych udziałach metanolu

MOśLIWOŚCI DWUPALIWOWEGO ZASILANIA 35 Porównanie sprawności ogólnej silnika przedstawione na rys. 5 i 8 wskazuje, Ŝe silnik zasilany dwupaliwowo pracuje z większą sprawnością prawie w całym zakresie zmian obciąŝenia i prędkości obrotowej. Równocześnie dodatek metanolu korzystnie wpływa na własności ekologiczne silnika (zmniejszenie stęŝenia TCH i NOx w spalinach) oraz zmniejszenie temperatury spalin. Wydaje się, Ŝe zarówno wzrost maksymalnych parametrów eksploatacyjnych jak i sprawności silnika moŝe być spowodowany przez większą szybkość spalania metanolu, co powoduje mniejsze straty cieplne w cyklu. Dodatkowo większe ciepło parowania metanolu wpływa na obniŝenie temperatury ładunku w czasie spręŝania i na początku procesu spalania, co moŝe prowadzić do zmniejszenia strat mechanicznych w suwie spręŝania i powiększenia sprawności. Dalszy wzrost parametrów silnika moŝe być osiągnięty przez zwiększenie stopnia spręŝania i optymalizację regulacji silnika. Zaproponowany system dwupaliwowego zasilania z aktywną zmianą udziału alkoholu zaleŝnie od obciąŝenia silnika i prędkości obrotowej umoŝliwia wprowadzenie sygnalizowanych zmian. 4. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań moŝna wyciągnąć następujące wnioski o charakterze ogólnym: Zaproponowany układ dwupaliwowego zasilania silnika o zapłonie iskrowym umoŝliwia równoczesne zasilanie silnika benzyną i alkoholem o dowolnym udziale alkoholu. Dwupaliwowe zasilanie silnika benzyną i alkoholem metylowym korzystnie wpływa na parametry zewnętrzne silnika takie jak sprawność ogólna, moc maksymalna i maksymalny moment obrotowy. Wzrost sprawności ogólnej silnika zwiększa się wraz ze zwiększaniem udziału metanolu i obciąŝenia silnika. Bezwzględny wzrost sprawności wynosił 2 5% a względny w zakresie 6 16%. Znaczący wzrost sprawności silnika powinien prowadzić do zmniejszenia zuŝycia energii w eksploatacji i poprawy ekologicznych parametrów silnika. Wydaje się, Ŝe ze względu na podobieństwo chemiczne alkoholu metylowego i etylowego podobne wyniki do opisanych moŝna uzyskać przy dodatku alkoholu etylowego do benzyny. Prawidłowe wykorzystanie duŝej odporności przeciwstukowej alkoholu etylowego i metylowego wymaga podniesienia stopnia spręŝania o 1,5 2,0 jednostek, co powinno przyczynić się do wzrostu sprawności ogólnej silnika, szczególnie przy częściowych obciąŝeniach, Wprowadzenie dodatkowego paliwa alkoholowego powinno prowadzić do zmniejszenia emisji podstawowych składników spalin szczególnie THC i NOx oraz dwutlenku węgla CO 2 Badania opisywane w niniejszej pracy zostały wykonane w ramach grantu badawczego nr PB 45343/B/T02/07/33 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa WyŜszego.

36 Zdzisław STELMASIAK 5. BIBLIOGRAFIA [1] Merkisz J., Pielucha I.: Alternatywne napędy pojazdów. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 06. [2] Baczewski K., Kołdoński T.: Paliwa do silników o zapłonie iskrowym. WKiŁ, W-wa 05. [3] Kowalewicz A.: Metanol jako paliwo do silników spalinowych. Silniki Spalinowe nr 3-4, 1992. [4] Kotowski W., Klimiec J., Marcjasz - Siemiątkowska I.: MoŜliwości wykorzystania metanolu i jego pochodnych jako paliw silnikowych. Przemysł Chemiczny nr 80/1/01. [5] Lotko W.: Studium zastosowań paliw alternatywnych w silnikach o zapłonie samoczynnym. Wyd. Politechniki Radomskiej, 1999. [6] Jakubowski J.: Silniki samochodowe zasilane paliwami zastępczymi. WKiŁ, 1987. [7] Stelmasiak Z., Larisch J., Semikow J.: Preliminary tests on dual fuel spark ignition engine fuelled with methanol and gasoline. Combustion Engines No 3/08 (134), pp. 24-33, 08. [8] Stelmasiak Z., Larisch J., Semikow J.: Analysis of a chosen combustion parameters of dual fuel SI engine fuelled with alcohol and gasiline Combustion Engines No 2/09 (137), pp. 29-36, 09. [9] Stelmasiak Z., Larisch J., Semikow J.: Some aspects of bifuel SI engine run on alcolol and gasoline, 12 th EAEC European Automotibe Congress Bratislava 09. [] Brinkman, N., Halsall, R., Jorgensen, S.W., Kirwan J.E.: The Development Of Improved Fuel Specifications for Methanol (M85) amd Ethanol (Ed85). SAE Technical Paper 9764. [11] Kelly, K.J., Bailey, B.K., Coburn, T.C., Clark, W., Lissiuk, P.: Federal Test Procedure Emissions Test Results from Ethanol Variable-Fuel Vehicle Chevrolet Luminas. SAE Technical Paper 9692. [12] http://en.wikipedia.org/wiki/alcohol_fuel#alcohol_in_brazil, 08. [13] http://www.greencarcongress.com/08/08/alcohol-boostin.html, 08.